JP3187375B2 - 浅いトレンチ絶縁構造部を製造する方法 - Google Patents

浅いトレンチ絶縁構造部を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、集積回路のため
のデバイス絶縁構造体を製造する方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、浅いトレンチ絶縁構
造体の上に微小なスクラッチ又は欠陥の発生を防ぐこと
ができる浅いトレンチ絶縁構造(以下、STIという)
を作る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】隣り合うデバイス間を電流キャリヤがパ
スしないようにするために、デバイス絶縁領域部が用い
られている。これまで一般的には、デバイス絶縁領域部
は、集積回路においては、緻密にパックされた半導体デ
バイス、例えば、ランダムアクセスメモリー(以下、D
RAMという)における複数の電界効果型トランジスタ
(以下、FETという)の間に形成されて、これらFE
Tからの電荷のリークを抑えている。最も一般的な絶縁
構造体は、半導体基板の上の最も厚い電界酸化層によっ
て構成され、電界酸化層を形成するコンベンショナルの
方法は、シリコンの局部酸化(以下、LOCOSとい
う)を含んでいる。このLOCOS方法は、長い間にわ
たって使用されているもので、デバイス絶縁構造を作る
手段としては、最も信頼でき、コスト的に有利な方法の
一つになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たLOCOS方法は、内部応力の発生及び鳥の嘴による
侵食に似た侵食などの問題を抱えている。微少化された
デバイスにとって、前記したような侵食(鳥の嘴による
侵食に似た侵食)は、特に致命的なものになる。
【0004】浅いトレンチ絶縁(以下、STIという)
もまた絶縁デバイスの普遍的なコンベンショナルの方法
である。一般的には、STI構造は、先ず最初に窒化シ
リコンを半導体基板の全面にデポジットし、ついで、こ
の窒化シリコン層をパターニングすることで形成され
る。つぎに、パターン化された窒化シリコン層をハード
マスクとして使用して、異方性エッチングにより半導体
基板に急峻な内側面をもったトレンチを形成する。そし
て、最後に、酸化物マテリアルを前記トレンチ内にデポ
ジットし、上面レベルがオリジナルの基板面になってい
るデバイス絶縁構造部を形成する。
【0005】前記したコンベンショナルの方法により、
浅いトレンチ絶縁構造を作る製造工程を順を追って図1
から図5に示す断面図で説明する。
【0006】まず図1に示すように、シリコン基板10
の上面全面にわたり酸化層22を形成する。この酸化層
22は、基板面を保護するパッド状酸化層として作用す
る。最終的には、このパッド状酸化層は、ゲート酸化層
が形成される前に除去されるものである。次に、化学蒸
着(CVD)方法を用いて酸化層22の上面にわたり窒
化シリコン層24を蒸着形成する。その後、フォトレジ
ストマテリアルを前記窒化シリコン層24の上面にデポ
ジットする。これに続いて、フォトリソグラフィック及
びエッチング操作を行って、フォトレジスト層をパター
ニングしてマスク28にする。ついで、窒化シリコン層
24、パッド酸化層22及びシリコン基板10をマスク
28を使用してシーケンシャルにエッチングし、前記基
板にトレンチ30を作る。最後に、フォトレジストマス
ク28を除去する。
【0007】次の工程としては、図2に示すように、熱
酸化方法を用いて、トレンチ30内部の露出された基板
面にリニア酸化層31を形成する。ついで、テトラ−
エチル−オルソ−シリケート(以下、TEOSという)
をガスソースとして用い、大気圧化学蒸着(APCV
D)方法を使用して、酸化シリコンをトレンチ30にデ
ポジットする。前記酸化シリコンは、トレンチ30内に
充填されると同時にトレンチ30から溢れ出て、酸化シ
リコン層32を形成する。その後、前記TEOS層を約
1000℃に加熱し、約10分から30分間にわたって
前記温度を維持し、高密度化する。高密度化されると、
前記TEOS酸化層は、やや収縮する。
【0008】つぎに図3に示すように、化学−機械研磨
(CMP)方法を用いて、前記窒化シリコン層24の上
の前記TEOS酸化層を除去するもので、この際前記窒
化シリコン層24をポリッシングストップ層として使用
する。かくて、酸化物プラグ34がトレンチ31それぞ
れの内部に形成される。しかしながら、前記酸化層32
を研磨する間、前記酸化プラグ34の頂部に数多くの微
細なスクラッチや欠陥部25が生じてしまう。
【0009】つぎに図4に示すように、窒化シリコン層
24を除く。この窒化シリコン層を除く方法には、ホッ
トな燐酸溶液が用いられる。
【0010】引き続いて、図5に示すように、フッ化水
素酸(HF)溶液を用いて、パッド状酸化層22を除去
する。前記TEOS酸化物プラグ34のエッチングレー
トは、サーマルに形成されたパッド状酸化層22のそれ
よりも高いから、前記酸化層22よりも厚くなっている
酸化物プラグ34の層が除去される。このTEOS酸化
物プラグ34は、最終的には、基板10とほぼ同じ高さ
レベルにされる。しかしながら、酸化物プラグ34の頂
部には、まだまだ多くの微細スクラッチや欠陥部35が
しつこく残るもので、この例を図6に示す。図6は、図
5の平面図であって、図6のI−I線矢視方向断面が図
1から図5の断面となって示される。これらの微細なス
クラッチや欠陥部によって、後続の処理の後、回路がブ
リッジしたり、短絡したりすることがしばしば生じる。
したがってプロダクト収率が低下してしまい、この点を
是正した浅いトレンチ絶縁を形成する方法の提供が望ま
れており、これが、この発明の解決課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】以上述べたように、この
発明は、化学−機械研磨により酸化物プラグの頂部に発
生する微細なスクラッチや欠陥部の発生を抑止すること
ができる浅いトレンチ絶縁構造を形成する方法を提供す
ることを目的とし、この方法によって回路のブリッジン
グ及び電気的回路短絡をなくし、プロダクト収率を上げ
るようにするものである。
【0012】前記のようなこの発明の目的ならびに作
用、効果を達成するために、この発明によれば、化学−
機械研磨により酸化物プラグの頂部に発生する微細なス
クラッチや欠陥部の発生を抑止することができる浅いト
レンチ絶縁構造を形成することができるものであり、こ
の発明の方法は、まず基板にトレンチを形成し、つい
で、酸化物マテリアルを前記トレンチ内にデポジットす
ると共に前記基板面にそって溢れ出し、これを覆うよう
にデポジットし、その後、化学−機械研磨を行って、前
記酸化層の一部を除去し、引き続いて、スピン−オン−
ガラス(以下、SOGという)層(ガラス塗膜薄膜層)
を前記酸化層にデポジットして、これを覆い、最後にエ
ッチングバック方法を用いて前記スピン−オン−ガラス
層と前記酸化層の一部を除去する工程を含むものであ
る。
【0013】この発明の一つのアスペクトは、前記酸化
層をまず研磨するのに化学−機械研磨を使用することで
ある。この研磨に続いて、一部が部分的に除去された酸
化層の上にスピン−オン−ガラス層を例えば、スピン・
コーティング方法により形成し、ついで、このスピン−
オン−ガラス層と前記酸化層とをエッチングバックす
る。したがって、前記酸化層の頂部には、微細なスクラ
ッチや欠陥部が一切形成されず、回路がブリッジングし
たり、短絡したりする頻度は、ほとんどなくなり、プロ
ダクト収率が向上する。
【0014】以下、この発明を図示の実施例を参照しな
がら、さらに詳しく説明するが、以下に記載の実施例
は、この発明を限定するものではない。
【0015】
【発明の実施の形態】図7から図12は、この発明の一
つの好ましい実施例により、浅いトレンチ絶縁構造を形
成する製造工程を順に示す断面図である。まず最初、図
7に示すように、P型バックグラウンドドーパント又は
P型表面層を有するシリコン基板100を調製する。つ
ぎに、パッド酸化層102をシリコン基板100の上面
に形成する。パッド酸化層102は、後続の処理操作の
間にわたって、前記基板にダメージが与えられないよう
に保護する保護シールドとして作用する。パッド酸化層
102の好ましい厚さは、約50〜500Åであって、この
酸化層は、例えば、熱的酸化方法を用いて形成される。
その後、例えば、窒化シリコン層のようなマスキング層
104を例えば化学蒸着方法を用いるなどしてパッド酸
化層102の上に形成する。
【0016】ついで、前記マスキング層104の上にパ
ターニングされたフォトレジスト層106を形成し、こ
のパーターン化されたフォトレジスト層106をマスク
として使用して、パッド酸化層102と基板100とを
エッチングし、トレンチ110を形成する。マスキング
層104,パッド酸化層102及び基板100のエッチ
ングは、例えば、ドライエッチング方法又はウエットエ
ッチング方法を使用して行うことができる。要するに、
異方性エッチング方法を用いて、好ましい深さが200
0〜5000Åのトレンチを形成する。
【0017】つぎに、図8に示すように、コンベンショ
ナルの灰化方法を用いて、フォトレジスト層106を除
去する。ついで、例えば、サーマル酸化方法を用いてト
レンチ110内の露出した基板面にリニアの酸化層11
2を形成する。その後酸化物マテリアルをトレンチ11
0内にデポジットすると共に該トレンチから溢れさせて
前記基板面にもデポジットし、酸化層116を形成す
る。この酸化層は、例えば、化学蒸着方法により形成さ
れるものである。ついで、前記酸化層を温度約1000
℃で加熱し、約10分から30分にわたり該温度に維持
して緻密化する。緻密化後、前記酸化物,アテリアル
は、若干収縮する。
【0018】つぎに、図9に示すように、化学−機械研
磨方法により酸化層116を研磨し、酸化層116の一
部を除去し、酸化層118にする。この化学−機械研磨
操作を行うことにより、酸化層118の面にいくつかの
微細なスクラッチ又は欠陥部120が生じる。
【0019】つぎに、図10に示すように、前記酸化層
118の上に例えばスピン・コーティング方法などの技
術を用いて極めて薄いスピン−オン−ガラス層(ガラス
塗膜薄膜層)122をデポジットし、発生した微細なス
クラッチや欠陥部を覆う。
【0020】つぎに、図11に示すように、例えばドラ
イエッチング方法又はウエットエッチング方法を用い
て、前記スピン−オン−ガラス層122をエッチングバ
ックし、エッチング操作を続けて、前記酸化層118を
エッチングし、窒化シリコン層104を露出させる。こ
のエッチングバックプロセスでは、研磨処理を行わない
もので、したがって、前記このエッチングバックプロセ
スにより酸化層118の面にすでに発生している微細な
スクラッチ又は欠陥部をきれいに除去できると共に新た
なスクラッチや欠陥部は、一切発生しないことになる。
【0021】つぎに、図12に示すように、基板100
を熱い燐酸溶液に短時間浸漬けし、パッド酸化層102
の上の窒化シリコン層104を除去する。その後、フッ
化水素溶液を用いて、パッド酸化層102を除去する。
フッ化水素酸溶液における酸化層118のエッチングレ
ートは、パッド酸化層102のそれよりも高いから、酸
化層108は、パッド酸化層102よりもはるかに厚く
エッチング除去される。最終的には、酸化層118は、
基板面とほぼ同じレベルにエッチングされ、上面が前記
基板面にほぼ一致する酸化物プラグ124が形成される
ことになる。図13は、図12の平面図であって、図7
〜図12は、図13のI−I線矢視方向断面である。最
後に、半導体デバイス又は半導体構造体を形成するため
の別の処理操作が行われるが、これらの処理は、この発
明の要旨に直接関係しないものであるから、これらにつ
いての詳細な説明は、これを省略する。
【0022】前記した実施例は、この発明を限定するも
のではなく、この発明の範囲又はスピリットから逸脱す
ることなしに多くの変形及びバリエーションがなされる
ことは当業者にとって明らかなことである。したがっ
て、この発明の特許請求の範囲ならびに均等技術に含ま
れる変形及びバリエーションは、この発明の技術的範囲
に包含されることは当然である。
【0023】
【発明の効果】上記したように、この発明は、前記酸化
層をまず化学−機械研磨し、ついでこのような研磨で一
部が除去された前記酸化層にスピン−オン−ガラス層を
デポジットし、このスピン−オンーガラス層と前記酸化
層とをエッチングバックする点を必須とするものである
から、前記酸化層の上面には、微細なスクラッチや欠陥
部が一切発生せず、したがって、回路がブリッジングし
たり、短絡したりすることが殆どなくなり、プロダクト
収率が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンベンショナルの方法による浅いトレンチ絶
縁構造を作る製造工程を順に説明する図6のI−I線矢
視方向にそった断面図である。
【図2】コンベンショナルの方法による浅いトレンチ絶
縁構造を作る製造工程を順に説明する図6のI−I線矢
視方向にそった断面図である。
【図3】コンベンショナルの方法による浅いトレンチ絶
縁構造を作る製造工程を順に説明する図6のI−I線矢
視方向にそった断面図である。
【図4】コンベンショナルの方法による浅いトレンチ絶
縁構造を作る製造工程を順に説明する図6のI−I線矢
視方向にそった断面図である。
【図5】コンベンショナルの方法による浅いトレンチ絶
縁構造を作る製造工程を順に説明する図6のI−I線矢
視方向にそった断面図である。
【図6】図5の平面図である。
【図7】この発明の一つの好ましい実施例による浅いト
レンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI−
I線矢視方向にそった断面図である。
【図8】この発明の一つの好ましい実施例による浅いト
レンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI−
I線矢視方向にそった断面図である。
【図9】この発明の一つの好ましい実施例による浅いト
レンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI−
I線矢視方向にそった断面図である。
【図10】この発明の一つの好ましい実施例による浅い
トレンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI
−I線矢視方向にそった断面図である。
【図11】この発明の一つの好ましい実施例による浅い
トレンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI
−I線矢視方向にそった断面図である。
【図12】この発明の一つの好ましい実施例による浅い
トレンチ絶縁構造を作る製造工程を順に示す図13のI
−I線矢視方向にそった断面図である。
【図13】図12の平面図である。
【符号の説明】
100 シリコン基板 102 パッド酸化層 104 マスキング層 106 フォトレジスト層 110 トレンチ 112 リニアの酸化層 116 酸化層 118 酸化層 120 微細なスクラッチ又は欠陥部 122 スピン−オン−ガラス層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の工程からなる浅いトレンチ絶縁構
    造部を製造する方法: 基板を用意し; この基板上にマスキング層を形成し; 前記マスキング層と前記基板とをパターニングして、前
    記基板にトレンチを形成し; 前記トレンチ内の露出した基板面にリニア酸化層を被覆
    し; 酸化物マテリアルを前記トレンチ内にデポジットすると
    共に前記マスキング層の上にデポジットして、酸化層を
    形成し; 前記酸化層の上部を化学−機械研磨方法によって面方向
    全体に除去し; 前記酸化層の残部全面にスピン−オン−ガラス層をコー
    ティングし; 前記酸化層の残部と前記スピン−オン−ガラス層とを
    ッチングバック方法によって除去して、前記マスキング
    層を露出させ;そして前記マスキング層を除去して、前
    記基板を露出させること。
  2. 【請求項2】 前記マスキング層は、窒化シリコンであ
    る請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 前記マスキング層は、化学蒸着方法によ
    って形成される請求項1の方法。
  4. 【請求項4】 前記酸化層は、化学蒸着方法によって形
    成される請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 以下の工程からなる浅いトレンチ絶縁構
    造部を製造する方法: 基板を用意し; この基板上に窒化シリコン層を形成し; 前記窒化シリコン層と前記基板とをパターニングして、
    前記基板にトレンチを形成し; 酸化物マテリアルを前記トレンチ内にデポジットして、
    酸化層を形成し; 前記酸化層の上部を化学−機械研磨方法によって面方向
    全体に除去し; 前記酸化層の残部全面にスピン−オン−ガラス層をコー
    ティングし;そして前記前記スピン−オン−ガラス層と
    前記酸化層の残部とをエッチングバック方法によって
    去して、前記窒化シリコン層を露出させること。
  6. 【請求項6】 前記窒化シリコン層は、化学蒸着方法に
    よって形成される請求項の方法。
  7. 【請求項7】 前記酸化層は、化学蒸着方法によって形
    成される請求項の方法。
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